[发明专利]镁合金表面自润滑和疏水性结构一体化微弧氧化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金表面处理技术，具体说是一种镁合金材料表面获得自润滑、耐腐蚀和疏水性等结构一体化微弧氧化复合涂层的制备方法。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料(其密度是钢铁的1/4，铝的2/3)，它具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼减震性强、导热性能好、抗冲击性能好、电磁屏蔽能力强、容易回收利用等一系列优点。作为新一代绿色、高强、轻质的金属结构材料，镁合金在汽车工业、航空航天、武器装备、以及计算机、通信产品及消费类3C电子产品领域具有一些其他材料无法比拟的优势。然而镁合金高的化学活性及较差的耐腐蚀性能成为其在以上高技术领域获得广泛应用的障碍之一。事实证明，防止镁合金腐蚀最有效、最简便的方法是对其进行表面处理。国内外镁合金表面处理方法主要包括化学转化、阳极氧化、微弧氧化处理、电镀/化学镀、有机物涂层、激光表面改性、气相沉积和表面渗层处理等。近年来，我国在镁合金防腐蚀表面处理所取得的研究成果日益丰富和显著，一些先进成熟的防腐蚀表面技术已进入实际工业应用阶段，基本满足了镁合金产品的实际防护需求。

随着镁合金应用领域由结构部件向运动部件的不断拓展，其服役环境变得越来越苛刻，这就对镁合金的耐磨性提出了更高的要求。虽然目前不期望镁合金能用于如轴承或齿轮等承受严重磨损的场合，但在镁合金的某些应用中，包括汽车制动装置、发动机部件(活塞和汽缸内腔)等，要经受滑动运动，在材料加工、装配过程中，例如滚压、挤压、锻造等，磨损也是重要的考虑因素。然而，大多数镁合金质地柔软，硬度较低，表面出较差的耐磨性，这些都大大限制了其在民用和国防领域的应用。因此，镁合金的推广应用，不但需要解决其自身所具有的易腐蚀问题，而且也要解决其耐磨性能差、无自润滑性能等缺陷问题。同时，随着镁合金零部件的运行工况和环境越来越苛刻以及不断提升的高精度、高灵敏度、高可靠性和长寿命方面的要求，不仅对复杂条件下(如腐蚀、海水、磨损、特殊介质)服役的高性能镁合金材料提出了迫切的需求，而且对镁合金多功能表面构筑技术也提出了越来越迫切的需求。因此，镁合金表面抗磨损、自润滑、耐腐蚀、疏水性结构一体化表层的设计和制备是镁合金关键零部件多功能、长寿命和轻量化的关键技术之一。我国汽车工业、电子产品、航空航天、装备等高技术领域对这一技术需求迫切。从目前国内外的专利文献看，还未见镁合金表面抗磨、自润滑、疏水性结构一体化涂/镀层的报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决镁合金现有表面耐蚀与耐磨防护技术存在的不足，提供一种耐蚀性能好、具有减摩自润滑性能以及疏水性的镁合金表面微弧氧化复合涂层处理工艺方法。

本发明的上述目的是通过以下方法实现的：

本发明通过将具有固体润滑作用的聚四氟乙烯(PTFE)微粒均匀分散到微弧氧化电解液中，在镁合金表面微弧氧化的过程中，实现了PTFE微粒的共沉积，最终在镁合金表面获得一种致密、具有优异耐蚀性、自润滑和疏水性的结构一体化整体涂层。

一种镁合金表面自润滑和疏水性结构一体化微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于：将含有8～12g/L磷酸钠，0.5～1.5g/L氢氧化钾的基础电解液中添加0.5～1％V的PTFE乳液形成复合电解液；用双极性脉冲微弧氧化电源设备对镁合金进行氧化处理，将经过常规预处理后的镁合金样品作为阳极，不锈钢电解池兼作阴极；电源设定频率为150Hz，正脉宽1.0ms，负脉宽1.5ms，氧化过程中电流密度恒定在6.0A/dm²；氧化过程中温度保持在25-30℃；氧化时间5～30分钟，氧化完成后，自然晾干即可在镁合金材料表面获得含PTFE自润滑相的白色微弧氧化复合涂层。

本发明所用的PTFE乳液，其中PTFE颗粒的粒径为180～250nm。

因为本发明所采用的PTFE乳液本身还有的非离子型(辛基酚聚氧乙烯醚)与阴离子型表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)的复合活性剂，不仅对PTFE有良好的润湿作用，使PTFE微粒在电解液中充分润湿，同时可以在微弧氧化的过程中促进其共沉积。

通过本发明形成的镁合金表面结构一体化复合涂层呈白色，显微硬度达400～500HV，具有优异的自润滑、耐蚀和疏水性能。复合涂层的性能评价方法如下：

表面形貌：用JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察氧化膜的表面微观形貌，测试结果如图1所示，镁合金表面普通的微弧氧化膜表面的微孔孔径差异很大，明显存在裂纹。而含PTFE相的复合涂层孔径有所减小且较均匀，裂纹明显减少。